开发学习进程中什物硬件短少或易损，以及仿真软件库中短少元器件模型，试验现象不明显等问题，提出了根据仿真软件作为上位机，什物硬件电路作为下位机，使其彼此通讯完结预期的功用。并规划了根据的温控体系，用以论述详细的完成进程。规划进程中发现什物硬件与Proteus仿真电路之间可经过异步串行接口进行通讯。经过进一步试验，发现传统的USB串行总线式接口也可完成通讯功用。试验标明，此办法能下降开发本钱，缩短开发周期，进步软硬件的兼容性，为后续

　　*基金项目：教育部产学协作协同育人项目（8）：根据建模与半物理仿真的电工电子系列课程实践教育资源开发。

　　现在，在我国无论是展开单片机教育活动、单片机比赛、嵌入式开发仍是因为个人兴趣学习单片机，大多运用市面上现已集成好了的单片机开发板或试验箱进行试验学习，其硬件电路固定，存在约束学习人员进行一些具有立异主意的试验研讨状况，且学习进程中会呈现元器件短少、较贵或易损坏等问题。跟着核算机科学技能的日益开展，各行各业各领域内都呈现了仿真技能。仿真技能的呈现和开展极大的节省了开发本钱，缩短了开发周期[1]。Proteus 正是在这种大环境下发生并快速开展的仿线]。但 Proteus 仿真相同存在必定问题，例如有的元器件模型软件库里没有，有的元器件运用费事且作用不明显等。

　　，便是 指经过 PC 机的串口或并口使 Proteus 建立的虚拟仿真电路和实践硬件电路进行通讯的联合仿线]。此技能的最大特色便是将软件仿真技能与硬件体系联合起来，简化了规划进程。能够有用的加速体系开发的速度和质量，缩短研制周期，一起能够进步软硬件的兼容性[5]。综上所述，本文下面将以根据 Proteus 的温控超声波测距

　　本文规划了一种根据 Proteus 的温控超声波测距半物理仿真体系，选用超声波脉冲回波法对方针物体进行丈量剖析，体系全体框架结构如图 1 所示，整个体系以 STC89C516 为操控中心，衔接有 HC-SR04 超声波模块，LCD1602 液晶显现模块，无源蜂鸣器，DS18B20 温度丈量模块以及发光二极管等外设。本体系分为由什物硬件电路组成的下位机和由 Proteus 虚拟仿真电路组成的上位机，两部分经过

　　异步串行接口相连。尽管 51 系列单片机体系内部封装有通用异步串行收发器，能够完成单片机体系与外界的串口通迅[6]。但 TTL 串口电平规范为 +5 V，0 V，RS-232-C 的串口电平标 准为（-3 ~ -15）V,（+3 ~ +15）V

　　。因而想要运用RS-232-C 异步串行接口将什物与仿真衔接进行通讯，电路还需搭载 MAX232 电平转化芯片。详细衔接进程为下位机经过 RS-232-C 异步串行接口与 PC 机接口相连，上位机中的 COMPIM 虚拟接口编号设置为与下位机相连的 PC 机的接口编号。全体体系经过上位机与下位机之间的彼此通讯，完成温度检测、超声波测距及警报功用。

　　因为 Proteus 中超声波模块和蜂鸣器模块，与什物运用存在必定不同，为使试验便于操作，试验成果愈加直观，规划如图 2 所示的下位机电路，该电路搭载有电源模块、RS-232-C 异步串行接口、蜂鸣器模块、单片机操控模块、DS18B20 温度传感器、MAX232 电平转化模块以及 HC-SR04 超声波测距模块。可完成方针间隔和环境温度的丈量，将丈量到的信息上传给上位机进行数据处理，并将处理好的数据发回什物单片机上，操控警报体系。

　　在 Proteus 中建立如图 3 所示的上位机电路，该部分由 LCD1602 液晶显现模块、STC89C516 操控模块、MAX232 电 平转化模块、RS-232-C 模块以及 LED 状况指示模块组成。因为上位机与下位机经过 RS-232-C 异步串行接口相连，上位机电路的晶振频率应与什物电路的晶振频率相同为 12 MHz。当下位机将测得的数据传输给上位机时，上位机开端处理数据，并操控 LCD1602 实时显现方针间隔。呵责方针间隔小于20 cm, 赤色指示灯亮起，并将处理好的数据传输给下位机，使下位机宣布警报，不然，绿灯亮起。

　　本试验选用型号为 HC-SR04 的超声波测距模块，该模块集成有超声波发射器、接纳器与操控电路 , 具有功能高，精度高，盲区小等长处

　　当单片机 I/O 口发送一个至少 10 µs 以上的高 电平至该模块的 Trig 操控信号输入引脚时，超声波测距模块内主动宣布 8 个方波信号，其周期为 40 kHz，一起检测是否有回来信号。呵责检测到有信号回来，Echo 回响信号输出引脚输出高电平[9]

　　因为环境温度对声速影响较大，声波在大气中传达时，声速随环境温度升高而增大，所以该体系在实践运用中，需求运用温度补偿的办法来进步测距的精度。本体系选用 DS18B20 测温模块检测环境温度。 DS18B20 是一种单总线数字温度传感器，主要由装备寄存器、64 位 ROM、温度传感器、非蒸发的温度报警触发器 TH 和 TL 四个部分组成

　　[10]。具有体积小，硬件开支低，抗干扰能力强，精度高的特色[11]。体系搭载 DS18B20 模块后可实时核算当时环境温度下的声速，以减小丈量方针间隔时的差错。详细公式如（2）所示

　　全体体系选用上位机与下位机别离编程的办法，开发环境为 Keil uVision5，Proteus8.6 版别。下位机电路主程序流程图如图 5 所示，体系上电后，先进行单片机，定时器初始化操作，然后发动超声波模块和 DS18B20 温度模块开端丈量方针间隔及环境温度，处理丈量数据，将数据发送给上位机。其间超声波模块程序流程图如图 6 所示，该模块上电后先进行初始化操作，随后 Trig 引脚宣布高电平，当模块接纳到回波信号时，Echo 引脚宣布回响高电平信号，体系开端核算方针间隔。呵责方针间隔小于 20 cm, 下位机电路中蜂鸣器响起。

　　上位机电路主程序流程图如图 7 所示，体系上电后进行初始化操作，然后接纳下位机发送的数据，进行处理并将方针间隔实时显现在 LCD1602 上，当方针间隔小于 20 cm 时赤色 LED 亮起，反之绿色 LED 亮起。要使上位机和下位机之间能够彼此通讯，需设置相同的波特率，本试验波特率为 4 800 bit/s，定时器作业形式为 16 位。

　　根据 Proteus 的温控超声波测距半物理仿线 所示，衔接好 RS-232-C 异步串行接口后，将上位机与下位机上电发动体系。以 14 cm 为方针初始间隔，每次添加 20 cm, 丈量 6 组数据，到 114 cm 停止。记载丈量数据，与实践间隔进行比对剖析，数据如表 1 所示。

　　从表 1 中能够看出，跟着方针间隔不断增大，丈量的差错也在不断增大，超声波测距的差错来历有许多，例如丈量怠慢，温度，代码算法，电路等等。本文要点为介绍根据 Proteus 的半物理电路仿真技能，且碍于篇幅约束，对差错不做过多的剖析和讨论。

　　本文规划了根据 Proteus 的温控超声波测距半物理仿真体系，介绍了根据 Proteus 的半物理电路仿真技能的完成进程，为后续单片机开发学习进程中什物硬件短少或易损，以及仿真软件库中短少元器件模型，试验现象不明显等问题供给了一个切实可行的解决方案。经试验证明，该技能简化了规划的进程，提了高软硬件的兼容性，节省了本钱，进步了开发功率，为之后的学习、开发供给了新思路。由此得出，本规划具有必定的参阅和推行价值。一起，试验的进程中发现传统 USB 串行总线式接口也可完成什物电路与虚拟仿真电路之间的通讯。受限于篇幅和自己水平，该半物理仿真体系还存在数据差错等问题，后续可经过电路滤波，改善算法或运用更为精细的超声波模块进行改善。

　　[1] 李承隆.电子产品热规划及热仿真技能运用的研讨[D].成都:电子科技大学,2010.

　　[2] 周灵彬,张靖武.PROTEUS的单片机教育与运用仿真[J].单片机与嵌入式体系运用,2008(01):76-79.[3] 童小利,金秋春,崔建峰.根据Proteus的半物理电路仿线] 刘邹,丁青青.根据Proteus的硬件在回路仿线] 张劲松.根据Proteus的硬件在回路仿线] 侯友轩,裴福俊,崔平远,等.一种根据传感器触发的组合导航体系渠道[J].核算机丈量与操控,2010,18(08):1844-1846.

　　[7] 胡训智.根据GPRS的长途医疗数据传输及办理体系规划[D].呼和浩特:内蒙古大学,2011.

　　[8] 王廷毓,仝玉强.一种六足仿生机器人的避障和防下跌功用规划[J].电子世界,2018(08):148-149.